說(shuō)說(shuō)無(wú)人機(jī)民避障及定高，毫米波雷達(dá)技術(shù)及應(yīng)用大解析

24GHz毫米波是最早被利用的。現(xiàn)在各個(gè)國(guó)家把24GHz劃出來(lái)可以民用，雖然把77GHz劃分給了汽車防撞雷達(dá)，但77Ghz在無(wú)人機(jī)以后的發(fā)展中會(huì)更有合理性，上海渭成智能科技有限公司的總工程師如是說(shuō)。

Wayking 提供不同的操作模式

FMCW模式

在FMCW模式下，可以測(cè)量到靜止目標(biāo)的距離。目標(biāo)的下變頻接收信號(hào)的頻率與到該目標(biāo)的距離成比例。在GUI中，可以進(jìn)行FFT處理以確定頻率。使用距離-時(shí)間顯示選項(xiàng)可以查看移動(dòng)目標(biāo)，同時(shí)顯示屏存儲(chǔ)多個(gè)FMCW掃描。

距離多普勒模式

在距離多普勒模式下，可以分析到目標(biāo)的距離以及速度。距離多普勒模式是最強(qiáng)大的操作模式之一，因?yàn)樗軌蛲ㄟ^(guò)評(píng)估二維傅里葉變換同時(shí)處理多個(gè)發(fā)射斜坡。距離多普勒處理數(shù)據(jù)顯示在距離多普勒?qǐng)D中。距離多普勒非常強(qiáng)大，因?yàn)樗试S分離具有不同速度的目標(biāo)，即使這些目標(biāo)的距離都相同亦是如此。這對(duì)于不同方向上多個(gè)快速移動(dòng)的目標(biāo)非常有用——例如，解決汽車朝相反方向移動(dòng)或超車期間的復(fù)雜交通情況。

數(shù)字波束成形 (DBF) 模式

在DBF模式下，顯示到目標(biāo)的距離以及與該目標(biāo)所成的角度。來(lái)自四個(gè)接收通道的接收信號(hào)用于估計(jì)目標(biāo)的角度。顯示屏顯示xy平面中各目標(biāo)的空間分布。在DBF模式下，系統(tǒng)配置與FMCW模式下的相同，但對(duì)IF下變頻信號(hào)的處理不同。在計(jì)算距離之后，通過(guò)評(píng)估四個(gè)接收通道之間的相位差來(lái)計(jì)算目標(biāo)的角度信息。

在DBF模式下，需要進(jìn)行雷達(dá)前端系統(tǒng)校準(zhǔn)，以消除接收通道之間不必要的確定性相位差。每個(gè)DemoRAD系統(tǒng)都具備工廠校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在運(yùn)行GUI時(shí)加載。隨后會(huì)先校正采樣的IF信號(hào)，再評(píng)估傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)。

毫米波由于它的波長(zhǎng)很短，就有別于無(wú)線電和較低頻的微波，根據(jù)剛才說(shuō)的反射特性等特點(diǎn)來(lái)講，首先它很接近于光的傳播特性，對(duì)于較小的反射面（物體）也能較好的反射，另外由于頻率很高，它可調(diào)制的帶寬非常大。還有，一會(huì)我們會(huì)說(shuō)到，由于波長(zhǎng)很短，天線就可以很小。但是由于波長(zhǎng)小，在空間傳播很容易被阻擋和吸收，那么也就導(dǎo)致它作用距離不可能太遠(yuǎn)，當(dāng)然這個(gè)遠(yuǎn)近是相對(duì)其他波段來(lái)說(shuō)的，一般作用距離1km以內(nèi)。

我們常講，汽車和無(wú)人機(jī)其實(shí)是很像的：高速移動(dòng)，安全第一。高速，必然要求，探測(cè)距離足夠遠(yuǎn)。安全，必然要求檢測(cè)方法的魯棒性，和受環(huán)境影響小。當(dāng)然在某些應(yīng)用里，無(wú)人機(jī)的環(huán)境比汽車也要復(fù)雜一點(diǎn)。毫米波雷達(dá)在軍事有人機(jī)、無(wú)人機(jī)早已大規(guī)模應(yīng)用。

在無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用，也是目前市場(chǎng)最大的，是植保無(wú)人機(jī)的定高和避障應(yīng)用。

我們知道gps和氣壓計(jì)測(cè)的是海拔高度，而植保時(shí)，我們希望無(wú)人機(jī)在作物上方固定的高度飛行，無(wú)論地面和植被是否起伏。這個(gè)也叫仿地飛行。這種應(yīng)用有很多的解決方案，比如我們說(shuō)的超聲、激光、紅外、雙目等等。但是由于植保環(huán)境大多很差，有很大的灰塵，還有水霧，那么超聲和基于光學(xué)的都會(huì)受到很大干擾。

目前來(lái)看，基于毫米波雷達(dá)的高度計(jì)，表現(xiàn)是最穩(wěn)定的，首先他能穿透塵埃水霧，另外也基本不受什么干擾?；诓ㄊ?，而不是點(diǎn)反射，高度恰恰反映植被葉片高度。

這個(gè)同樣是一個(gè)多種傳感器爭(zhēng)奪的戰(zhàn)場(chǎng)。但是我們講毫米波雷達(dá)有不受光線影響、作用距離有非常大、可靠等優(yōu)勢(shì)，而這些優(yōu)勢(shì)在軍事有人機(jī)、汽車、無(wú)人機(jī)方面都被證明。

當(dāng)然，雷達(dá)的分辨力確實(shí)較低。但是我們講過(guò)，由于陣列天線的優(yōu)勢(shì)，其實(shí)這個(gè)是可以有很大提高的，有3-5度的分辨力是有可能的。在美國(guó)這個(gè)避障比賽里，我們用毫米波雷達(dá)是得了第一的。所以請(qǐng)大家也有信心。這里有一個(gè)對(duì)比圖，大家可以看一看。

有專家學(xué)者提出毫米波雷達(dá)進(jìn)行360度避障這樣一個(gè)架構(gòu)，理想非常好，但從當(dāng)前市場(chǎng)上反映來(lái)看，效果很差，還是回到最初的應(yīng)用訴求，特別是植保無(wú)人機(jī)避障功能，按照國(guó)家植保機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的《植保無(wú)人飛機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》，實(shí)現(xiàn)植保無(wú)人飛機(jī)前行和后退的避障功能，

植保無(wú)人機(jī)要做好避障，特別是做全天時(shí)全天候作業(yè)的兄弟們，在飛防作業(yè)時(shí)，遇到地邊的樹(shù)木、電線桿、行人等障礙物時(shí)，一旦無(wú)人機(jī)無(wú)法識(shí)別或操作不當(dāng)，輕者換槳葉，重者炸機(jī)，造成不必要的損失，所以在購(gòu)置植保無(wú)人機(jī)時(shí)，一定要求對(duì)方加裝毫米波雷達(dá)，保證植保無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)避障功能。

【本文由上海渭成智能科技有限公司 楊工提供】